賈財(cái)軍 甘家強(qiáng) 李成新 孔順蓮

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)以ESP8266單片機(jī)為核心，利用傳感器作為信息采集模塊，電子顯示屏作為顯示模塊，構(gòu)建組成整個(gè)ESP8266地陷檢測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以用于道路兩旁、私人居地附近的環(huán)境地陷情況數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)Blynk服務(wù)器作為開發(fā)平臺(tái)，將土壤濕度傳感器和振動(dòng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)ESP8266進(jìn)行處理分析，得出測(cè)量地區(qū)的地陷結(jié)果。

關(guān)鍵詞：ESP8266;地陷監(jiān)測(cè);互聯(lián)網(wǎng);監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的快速發(fā)展，使得各種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)、信息監(jiān)測(cè)設(shè)備也層出不窮，并且廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的方方面面。單片機(jī)地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠以經(jīng)濟(jì)，高效的方式實(shí)現(xiàn)地質(zhì)參數(shù)精準(zhǔn)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。單片機(jī)ESP8266智能地陷檢測(cè)系統(tǒng)是通過利用一個(gè)主干聯(lián)網(wǎng)的STA模式使所有路燈和在各個(gè)分支AP模式下工作的，大部分路燈將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)利用IOT技術(shù)顯示在手機(jī)APP并由控制系統(tǒng)進(jìn)行語音報(bào)警和燈光警示。

一、單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

1.1 單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，負(fù)責(zé)地陷參數(shù)采集的是振動(dòng)傳感器和土壤濕度傳感器，使用調(diào)試傳感器時(shí)，因其支持兩種通信協(xié)議，會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在檢測(cè)數(shù)據(jù)混亂。與傳統(tǒng)的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，新型地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引進(jìn)太陽能以及風(fēng)能供能的雙能源技術(shù)，能解決城市地面塌陷造成人生安全事故的問題。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要在已有路燈的基礎(chǔ)上再添加供電系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)組成可對(duì)地下情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。在數(shù)據(jù)采集完成后，用鋰離子電池將白天收集的電能儲(chǔ)存起來，保證該裝置24小時(shí)進(jìn)行地下監(jiān)測(cè)。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理、代碼都依據(jù)此技術(shù)展開。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過總線模式與單片機(jī)通訊，在Blynk上搭建可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)濕度的可視功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如1-1所示。系統(tǒng)電路架構(gòu)設(shè)計(jì)ESP8266-10C系列的單片機(jī)，既可以當(dāng)MCU使用，也可以將地陷檢測(cè)的物理設(shè)備鏈接到無線網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。

二、單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用土壤傳感器濕度計(jì)檢測(cè)模塊、高靈敏振動(dòng)傳感器SW-1801P模塊等系列傳感器組成，當(dāng)土壤傳感器濕度計(jì)檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到地下數(shù)據(jù)有異于往常值，而高靈敏振動(dòng)傳感器模塊SW-1801P感應(yīng)到地下發(fā)生位移振動(dòng)時(shí)，立即發(fā)出響應(yīng)并通過AP+STA模式傳輸預(yù)警信息。它的控制系統(tǒng)主要是用ESP8266 NODE MCU單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行各部件的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)一定要考慮到電路紋波的問題，因此我們因在穩(wěn)壓器件的前后兩級(jí)加上濾波電路。其OLED顯示電路是通過單總線讀取地陷狀況輸出的顯示屏信息。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件包括主程序DHT11、地陷深度讀取程序、OLED顯示程序、BLYNK服務(wù)器等主要模塊。其主程序主要利用了開發(fā)環(huán)境中的集成庫，通過對(duì)系統(tǒng)及傳感器進(jìn)行初始化，然后顯示并上傳地陷監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)信息。其電路原理圖如圖1-2。

三、單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組件

單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分采用ESP8266串口WIFI模塊，加上前端網(wǎng)頁共同組成一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)主控采用ESP8266串口WIFI模塊，需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。因?yàn)橄到y(tǒng)自帶的配置串口K作為WIFI傳輸部分，更換串口不是因?yàn)榇贙配置不對(duì)，而是因?yàn)槿∠@示屏的原因，導(dǎo)致DMA配置部分存在遺漏而傳輸失敗。同時(shí)，采用的是正點(diǎn)原子開發(fā)板的配套傳輸設(shè)備模塊，所以直接移植了系統(tǒng)服務(wù)器自帶的例程，采用的是TCP模式，采集終端作為客戶端，可以啟用手動(dòng)輸入模式并取消顯示屏部分。電源的濾波電容程序在CH360中下載，其設(shè)計(jì)架構(gòu)采用的是USB總線的轉(zhuǎn)接片CH360芯片。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)所需材料有光伏組件、高靈敏振動(dòng)傳感器SW-1801P模塊、土壤傳感器濕度計(jì)檢測(cè)模塊、ESP8266 NODE MCU單片機(jī)、AP+STA模式技術(shù)、鋰離子蓄電池、蜂鳴器、面包板、電阻導(dǎo)線等等。它的關(guān)鍵技術(shù)在于將AP+STA模式技術(shù)、整流器轉(zhuǎn)換技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電等先進(jìn)技術(shù)手段在串口方式下，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號(hào)。

3.2 單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件檢測(cè)

地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組成部分主要由主控器、電源電路、信號(hào)收發(fā)模塊和傳感器4部分組成。整個(gè)系統(tǒng)使用的主處理器為ESP8266單片機(jī)，擁有128KB閃存、40KB SRAM和43個(gè)I/O接口，可將I/O接口配置為數(shù)字檢測(cè)信號(hào)輸入/輸出端口。根據(jù)地陷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)手冊(cè)發(fā)現(xiàn)串口L的復(fù)用重映射引腳被串口L、N占用了，改成ADC采集模擬量，最終獲得地陷測(cè)量技術(shù)核心參數(shù)。因?yàn)闄z測(cè)服務(wù)器需要接收到數(shù)據(jù)后才開始采集終端部分的數(shù)據(jù)，所以要保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。采用PHP和服務(wù)器交互，能夠?qū)崟r(shí)顯示采集到的數(shù)據(jù)。ESP8266工作溫度范圍在-10℃至115℃間，性能穩(wěn)定、安全可靠。系統(tǒng)選用ESP-01型ESP8266模塊，可使用串口的無線STATION（COM-STA）模式和串口的無線AP+STA（COM-AP&STA）模式。單片機(jī)與ESP8266模塊需要的傳感器需要的供電電壓為4.0-5.0V，所以需要選用穩(wěn)定持續(xù)的供電系統(tǒng)來提供4.5V～5V電壓的電壓源

四、單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件分析

4.1 單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件分析

單片機(jī)地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種基于ESP8266地陷預(yù)警系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是通過ESP8266單片機(jī)利用一個(gè)主干聯(lián)網(wǎng)的STA模式和各個(gè)分支AP模式，使主干聯(lián)網(wǎng)的在STA模式下工作的大部分路燈將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)APP并在監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)有異于正常值時(shí)發(fā)送警報(bào)信息。它的控制系統(tǒng)主要是將DHT11傳感器進(jìn)行初始化操作，接著傳感器就開始采集被監(jiān)測(cè)環(huán)境的數(shù)據(jù)。在檢測(cè)到有數(shù)據(jù)傳送過來時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)傳感器進(jìn)行讀操作。單片機(jī)ESP8266會(huì)將讀取到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，在系統(tǒng)軟件上通過組件的方式顯示出來。ESP8266工作系統(tǒng)具備COM-AP模式、COM-STATIOM模式和COM STA+AP模式，每個(gè)模式串口的無線AP模式是將模塊作為熱點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)信息交互。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過軟件系統(tǒng)與路由器連接將信息傳輸至管理云服務(wù)器，能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)客戶端遠(yuǎn)程接收監(jiān)測(cè)消息功能。

五、結(jié)束語：

單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是通過ATGm336H定位模塊的功能來對(duì)各個(gè)路燈進(jìn)行精確定位，當(dāng)城市管理人員收到警報(bào)信息的第一時(shí)間趕到地陷發(fā)生地點(diǎn)，及時(shí)修理塌陷路段，杜絕傷亡的發(fā)生。包括ESP8266無線通信模塊，外圍設(shè)備通過單片機(jī)處理模塊與ESP8266無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)及控制。以ESP8266芯片的電路為基礎(chǔ)，外部加上溫濕度傳感器模塊DHT11以及其它相應(yīng)的外圍電路形成的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。AO模擬輸出，可以連接單片機(jī)的AD口檢測(cè)滴在上面的雨量大小。系統(tǒng)內(nèi)的電容對(duì)電源進(jìn)行濾波，讓電源輸出更穩(wěn)定，保證模擬信號(hào)輸出的穩(wěn)定性。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件系統(tǒng)具有很好的通用性和實(shí)際使用價(jià)值。它主要是通過ATGm336H定位模塊的功能來對(duì)各個(gè)路燈進(jìn)行精確定位。單片機(jī)ESP8266的地陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合路燈能有效預(yù)防地陷災(zāi)害的發(fā)生，降低了人員傷亡事故，其應(yīng)用市場(chǎng)是非常廣闊的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王東峰.單片機(jī)原理及運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教程[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2018.

[2] 黃貴禎.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例[M].人民郵電出版社，2017.

[3] 郭成隆.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2017.